CN103670629B - 发动机的scr后处理系统的尿素管路加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，该方法包括：实时地采集尿素管路（1）的管道内温度并反馈至所述SCR后处理系统的控制单元（4）；以及所述控制单元（4）根据所述管道内温度实时地判断是否需要对所述尿素管路（1）加热，并在需要进行加热时控制所述尿素管路（1）上的管道加热元件处于加热状态。此方法能够合理有效地对尿素管路（1）进行加热控制并且实时监控尿素管路内的温度。该SCR后处理系统的空气滤清器（6）上还可安装环境温度感应器（5），以检测所述环境温度。根据环境温度与管道内温度的温度差来判断管路温度感应器（3）的工作状态，以防止在管路温度感应器（3）失效状况下进行加热操作。

Description

发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法

技术领域

本发明发明涉及发动机的SCR后处理系统，具体地，涉及一种对尿素管路进行实时加热且闭环控制的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法。

背景技术

随着发动机的SCR后处理系统在整车上的应用，尿素溶液的特性也日益凸显出来，由于尿素溶液在较低温度时会结晶，导致系统不能正常工作，因此在环境温度较低的地区，发动机的SCR后处理系统中的尿素管路需要配备加热功能。参见图1和图3，通常尿素管路的加热逻辑是，SCR后处理系统的电控单元从安装在空气滤清器的环境温度传感器上读取进气温度，以视作环境温度，同时将此环境温度也视作尿素管路的管道内温度，当温度低于预设值例如0度时开启尿素管路的加热功能，并且根据读取的环境温度计算出所需要的总加热时间，加热达到该总的加热时间之后自动停止加热。但由于SCR后处理系统中通常设置在车体内，尿素管路内的实际温度一般会高于环境温度，容易导致尿素管路的加热时间过长，尿素管路的寿命因而也会有降低，造成管路损害。相反地，若尿素管路上的管道加热元件的加热效率不佳，导致热散失严重时，则可能造成尿素管路内的尿素溶液的结晶体难以融化，达不到加热效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，能够合理有效地对尿素管路进行加热控制并且实时监控尿素管路内的温度。

为了实现上述目的，本发明提供一种发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其中，所述加热控制方法包括：实时地采集尿素管路的管道内温度并反馈至所述SCR后处理系统的控制单元；以及所述控制单元根据所述管道内温度实时地判断是否需要对所述尿素管路加热，并在需要进行加热时控制所述尿素管路上的管道加热元件处于加热状态。

优选地，所述控制单元内预先设置有使所述尿素管路内的尿素溶液处于流体状态的预设温度或预设温度范围，当所述管道内温度低于所述预设温度或低于所述预设温度范围的下阀值时，所述控制单元控制所述管道加热元件处于加热状态，当所述管道内温度高于所述预设温度或高于所述预设温度范围的上阀值时，所述控制单元控制所述管道加热元件停止加热。

优选地，所述控制单元电连接于所述管道加热元件的电路接口，以通过该电路接口控制所述管道加热元件与加热电源之间电连接的通断。

优选地，当需要对所述尿素管路加热时，所述控制单元控制所述管道加热元件加热并向该管道加热元件发送加热时间控制信号以控制加热时间。

更优选地，在所述控制单元向所述管道加热元件发送加热时间控制信号之前，获取所述尿素管路内的尿素溶液的体积和比热容，并根据所述管道内温度与所述预设温度或所述预设温度范围的下阀值之间的温度差值计算出所需的总加热量，从而根据该总加热量测算出所述管道加热元件的加热时间。

优选地，在所述控制单元判断需要对所述尿素管路加热时，该控制单元还控制所述SCR后处理系统的尿素箱与发动机冷却液管路之间导通，以对该尿素箱进行加热。

优选地，在所述尿素管路上设置管路温度感应器以实时采集该尿素管路的管道内温度。

优选地，在所述控制单元根据首次采集的所述管道内温度判断是否需要对所述尿素管路加热之前，该加热控制方法还包括判断所述管路温度感应器的工作状态的步骤：获取发动机的外界环境的环境温度并将该环境温度与首次采集的所述管道内温度相比较，若所述环境温度与管道内温度的温度差大于预定温度差，则判断所述管路温度感应器处于非工作状态并停止对所述尿素管路的加热，若所述温度差小于所述预定温度差，则判断所述管路温度感应器处于工作状态并继续对所述尿素管路加热。

优选地，在所述SCR后处理系统的空气滤清器上安装环境温度感应器，以检测所述环境温度。

通过上述技术方案，根据本发明的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法通过直接和实时地采集尿素管路的管道内温度并反馈至控制单元，由该控制单元根据该管道内温度安全、可靠和实时地判断对尿素管路的加热操作，并在需要进行加热时可由控制单元向尿素管路上的管道加热元件发送加热时间控制信号以控制加热时间，防止加热不足导致的结晶体难以融化或者加热过多导致的管路损害。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术的发动机的SCR后处理系统的结构示意图；

图2为根据本发明发明的具体实施方式的发动机的SCR后处理系统的部分结构示意图，其中为清楚起见，省略了尿素箱、定量给料单元等；

图3为根据现有技术的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热的控制流程图；

图4为根据本发明的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热的控制流程图。

附图标记说明

1尿素管路2接口

3管路温度感应器4电控单元

5环境温度感应器6空气滤清器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图2和图4所示，本发明提供了一种发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，该加热控制方法包括：实时地采集尿素管路1的管道内温度并反馈至SCR后处理系统的控制单元4；以及控制单元4根据管道内温度实时地判断是否需要对尿素管路1加热，并在需要进行加热时控制尿素管路1上的管道加热元件处于加热状态。本发明通过直接和实时地采集尿素管路1的管道内温度并反馈至控制单元4，由该控制单元4根据该管道内温度安全、可靠和实时地判断对尿素管路1的加热操作，并在需要进行加热时可由控制单元4实时监控管道内温度直至加热到所需的温度。还可向尿素管路1上的管道加热元件发送加热时间控制信号以控制加热时间，防止加热不足导致的结晶体难以融化或者加热过多导致的管路损害等。相较于现有技术的开环控制，本发明采用了在控制单元4与尿素管路1之间的闭环控制，将管道内温度实时地反馈至控制单元4（可以是发动机的电控单元ECM），由电控单元实时控制管道加热元件对尿素管路1的加热操作。这不仅避免了将环境温度直接当作管道内温度的不足，还能够实时监控尿素管路1内的尿素溶液的即时温度值。

具体地，参见图1，常见的发动机的SCR后处理系统一般由催化器、尿素箱、定量给料单元、尿素喷嘴、压缩空气罐和空气滤清器等组成。尿素箱用于尿素溶液的储存和供给。定量给料单元为核心元件，用于从尿素箱中吸取与发动机尾气排放量相当的适量尿素溶液，尿素溶液与压缩空气混合并雾化后进入喷射管路，由尿素喷嘴喷射到发动机排气管中，与尾气混合后进入催化器中进行化学反应。其中，定量给料单元与尿素喷嘴之间具有喷射管路，尿素箱与定量给料单元之间具有供给管和回流管。上述的尿素管路1可以是喷射管路、供给管和回流管中的任一者、两者或全部。换言之，可在三条尿素管路中任意地设置管路温度感应器3，以通过控制单元4的控制，对设有管路温度感应器3的尿素管路1进行精确、合理和有效的加热，使得该尿素管路1内的尿素溶液不产生结晶也不对尿素管路加热过量，并且尿素管路内的尿素溶液呈流体状，流通顺畅。

其中，SCR后处理系统还可包括发动机冷却液管路，该发动机冷却液管路连接于尿素箱以对该尿素箱加热，并且定量给料单元中的泵单元也可具有加热单元对其进行加热。在控制单元4判断需要对尿素管路1加热时，该控制单元4还控制SCR后处理系统的尿素箱与发动机冷却液管路之间导通，以对该尿素箱进行加热，从而使尿素箱和定量给料单元中存储的尿素溶液处于流体形态且非结晶。因而本领域技术人员知晓的是，控制单元4只需通过管路温度感应器3感应管路内温度并通过获得管路内的溶液容量等相关参数，就能够对尿素管路1内的尿素溶液精确地加热到设定的温度，使得尿素管路1内的尿素溶液处于非结晶且呈流体形态。当尿素管路1内的尿素溶液加热后流通时，则尿素箱和定量给料单元中存储的尿素溶液能够顺畅地通过尿素管路，并且不会产生结晶或其它堵塞等。

上述的发动机冷却液管路对尿素箱的加热以及定量给料单元中的泵单元的加热均可由上述控制单元4分别单独控制。各个尿素管路1中的管路温度感应器3以及管路加热单元也由控制单元4分别单独控制。进行加热控制时，该控制单元4可通过管路温度传感器3实时检测管道内温度，直至管道内温度达到预设加热温度值时即时停止管道加热元件的加热，从而避免加热不足或加热过度分别造成的损害。可选择地，为减少温度检测频度，控制单元4也可配置成接收管路温度感应器3的管道内温度信号并产生加热时间控制信号发送给管道加热元件。也就是说，控制单元4通过获得各个尿素管道1内的管道内温度并结合相应的尿素管道1的容积、尿素溶液的比热容等参数可分别对各个尿素管路1进行合理有效地加热。此控制单元4可以是发动机电控单元ECM或其它电子控制单元、单片机或PLC控制器等。其中，控制单元4读取管道内的实际温度，预计算一个加热时间，并把该加热时间信号传递给管道加热元件以在该加热时间段内加热管路，待加热时间完成后，再次读取管道内的实际温度，若管道内的温度满足设定的温度值，则定量给料单元吸取尿素溶液，系统建立压力，开始正常工作。如果管道内的温度仍不能达到预设的温度值，则在此管路温度实际值的基础上再次预估加热时间，继续进行加热，完成加热后再次检测管路内的温度，如此循环直到管路内的温度满足设定温度值才停止加热，然后尿素供给单元开始建立喷射压力，系统进行正常工作。

上述的尿素管路1多采用柔性管道，例如尼龙管等。这样，对这种柔性尿素管路1进行加热的管道加热元件可优选为均匀缠绕在尿素管路1外周围的加热器线束，在加热时对管路进行电阻加热。如图2所示，加热器线束可汇集在电路接口2上，并且控制单元4电连接于所述管道加热元件的电路接口2上，以控制该电路接口2与加热电源的电路通断。这种加热电源可以是整车电源，也就是将加热器线束连接于整车线束。需要说明的是，管路温度感应器3应嵌入安装在尿素管路1内，以准确地获取管路内温度。

具体到控制逻辑和操作过程，控制单元4内可预先设置有使尿素管路1内的尿素溶液处于流体状态的预设温度或预设温度范围，当管道内温度低于预设温度或低于预设温度范围的下阀值时，控制单元4控制管道加热元件处于加热状态，当管道内温度高于预设温度或高于预设温度范围的上阀值时，控制单元4控制管道加热元件停止加热。对于常见的浓度为32.5%的尿素溶液而言，其在-11℃时会产生结晶，在0℃以上不会产生结晶并且完全处于流体状态，因而该预设温度例如可以是0℃，当小于0℃时对尿素管路1加热，大于0℃时则停止加热，当然也可以设置为在例如预设温度范围为（0℃，-5℃）的下阀值-5℃时停止加热。

其中，控制单元4控制管道加热元件加热并向该管道加热元件发送加热时间控制信号以控制加热时间。在控制单元4向管道加热元件发送加热时间控制信号之前，应先获取尿素管路1内的尿素溶液的体积和比热容等，这可通过预先测算的尿素管路体积和尿素溶液浓度对应的比热容而直接获取，而后根据管道内温度与预设温度或预设温度范围的下阀值之间的温度差值计算出所需的总加热量，从而根据该总加热量测算出管道加热元件的加热时间。

另外，在控制单元4根据首次采集的管道内温度判断是否需要对尿素管路1加热之前，该加热控制方法还可包括判断管路温度感应器3的工作状态的步骤：获取发动机的外界环境的环境温度并将该环境温度与首次采集的管道内温度相比较，若环境温度与管道内温度的温度差大于预定温度差，则判断管路温度感应器3处于非工作状态并停止对尿素管路1的加热，若温度差小于预定温度差，则判断管路温度感应器3处于工作状态并继续对尿素管路1加热。其中，可在SCR后处理系统的空气滤清器6上方便地安装环境温度感应器5，以检测环境温度。这样，根据环境温度与管道内温度的温度差来判断管路温度感应器3的工作状态，可防止在管路温度感应器3失效状况下进行加热操作。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其特征在于，所述加热控制方法包括：实时地采集尿素管路(1)的管道内温度并反馈至所述SCR后处理系统的控制单元(4)；以及所述控制单元(4)根据所述管道内温度实时地判断是否需要对所述尿素管路(1)加热，并在需要进行加热时控制所述尿素管路(1)上的管道加热元件处于加热状态；

当需要对所述尿素管路(1)加热时，所述控制单元(4)控制所述管道加热元件加热并向该管道加热元件发送加热时间控制信号以控制加热时间；

在所述控制单元(4)向所述管道加热元件发送加热时间控制信号之前，获取所述尿素管路(1)内的尿素溶液的体积和比热容，并根据所述管道内温度与预设温度或预设温度范围的下阀值之间的温度差值计算出所需的总加热量，从而根据该总加热量测算出所述管道加热元件的加热时间。

2.根据权利要求1所述的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其特征在于，所述控制单元(4)内预先设置有使所述尿素管路(1)内的尿素溶液处于流体状态的预设温度或预设温度范围，当所述管道内温度低于所述预设温度或低于所述预设温度范围的下阀值时，所述控制单元(4)控制所述管道加热元件处于加热状态，当所述管道内温度高于所述预设温度或高于所述预设温度范围的上阀值时，所述控制单元(4)控制所述管道加热元件停止加热。

3.根据权利要求2所述的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其特征在于，所述控制单元(4)电连接于所述管道加热元件的电路接口(2)，以通过该电路接口(2)控制所述管道加热元件与加热电源之间电连接的通断。

4.根据权利要求1所述的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其特征在于，在所述控制单元(4)判断需要对所述尿素管路(1)加热时，该控制单元(4)还控制所述SCR后处理系统的尿素箱与发动机冷却液管路之间导通，以对该尿素箱进行加热。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其特征在于，在所述尿素管路(1)上设置管路温度感应器(3)以实时采集该尿素管路(1)的管道内温度。

6.根据权利要求5所述的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其特征在于，在所述控制单元(4)根据首次采集的所述管道内温度判断是否需要对所述尿素管路(1)加热之前，该加热控制方法还包括判断所述管路温度感应器(3)的工作状态的步骤：

获取发动机的外界环境的环境温度并将该环境温度与首次采集的所述管道内温度相比较，若所述环境温度与管道内温度的温度差大于预定温度差，则判断所述管路温度感应器(3)处于非工作状态并停止对所述尿素管路(1)的加热，若所述温度差小于所述预定温度差，则判断所述管路温度感应器(3)处于工作状态并继续对所述尿素管路(1)加热。

7.根据权利要求6所述的发动机的SCR后处理系统的尿素管路加热控制方法，其特征在于，在所述SCR后处理系统的空气滤清器(6)上安装环境温度感应器(5)，以检测所述环境温度。